[論文レビュー] Viable exact model universe without dark energy from primordial inflation

David L. Wiltshire|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、初期インフレーションに起因する超水平超領域の摂動を完全なアインシュタイン方程式に組み込むことで、ダークエネルギーを必要としない正確な宇宙論的モデルを提案する。測定済みの現在の密度パラメータ（Ω₀）とハッブル定数（H₀）のみを用いて、観測された等光度距離を再現し、現在の宇宙年齢を125 +0.7/-0.9億年と予測する。これは、わずかに減速的であるものの、ダークエネルギーモデルと類似した振る舞いを示す。

ABSTRACT

A model of the observed universe, using solutions to the full Einstein equations, is developed on the basis of the suggestion of Kolb, Matarrese, Notari and Riotto [hep-th/0503117] that cosmological evolution must take into account super-horizon sized remnant perturbations from an epoch of primordial inflation. The new cosmology, with no dark energy at the present epoch, is fully described in terms of two already measured parameters: the present density parameter, Omega_0, and the Hubble constant, H_0. From these parameters all other cosmological parameters can be derived, including an exact luminosity distance and the expansion age of the universe. Although the observable universe is marginally decelerating at the present epoch, due to systematic factors in the luminosity distance relation the inferred luminosity distances will nonetheless very closely mimic a model with the same density, Omega_0, but a vacuum energy 1-Omega_0, in accord with the evidence of distant type Ia supernovae. For Omega_0 = 0.23+-0.05 and H_0=71 +4/-3 km/sec/Mpc the universe is predicted to be 12.5 +0.7/-0.9 billion years old.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーを仮定せずに、観測された等光度距離データを説明する宇宙論的モデルの構築を目的とする。
• 初期インフレーションに起因する超水平超領域の残余摂動を、完全なアインシュタイン方程式に組み込む。
• 等光度距離と年齢を含むすべての宇宙論的パラメータを、Ω₀とH₀という2つの測定可能な観測量からのみ導出する。
• 等光度距離関係における系統的効果が、標準モデルにおいてダークエネルギーの存在を模倣する可能性を示す。
• 未観測の成分（例：ダークエネルギー）を追加せずに、観測制約に一致する完全なアインシュタイン方程式の解を提供する。

提案手法

• 初期インフレーションに由来する長波長摂動を含む、超水平領域に残存する摂動を考慮した完全なアインシュタイン方程式の解法。
• 宇宙の進化を完全に決定するための唯一の入力パラメータとして、現在の密度パラメータ（Ω₀）とハッブル定数（H₀）を用いる。
• 非線形かつ超水平超領域の摂動を考慮した正確な解から、正確な等光度距離関係を導出する。
• 減速的宇宙においても、等光度距離関係における系統的効果が加速的膨張のように見えるメカニズムを分析する。
• 予測された等光度距離を、Ia型超新星から得られた観測データと比較して、モデルの妥当性を検証する。
• 導出されたパラメータを用いて、正確な解から直接宇宙の膨張年齢を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークエネルギーを含まない宇宙論的モデルは、Ia型超新星からの観測された等光度距離データを再現できるか？
• RQ2 初期インフレーションに起因する超水平超領域の摂動は、宇宙の大規模な幾何構造および力学にどのように影響を与えるか？
• RQ3 等光度距離関係における系統的効果が、標準宇宙論モデルにおいてダークエネルギーの存在を模倣する程度はどの程度か？
• RQ4 完全なアインシュタイン方程式の解において、Ω₀とH₀のみを用いて、膨張歴および宇宙年齢を完全に決定できるか？
• RQ5 初期インフレーション摂動を考慮したダークエネルギーを含まないモデルにおける宇宙の予測年齢は何か？

主な発見

• モデルは、ダークエネルギーを必要とせず、観測された宇宙を正確に記述するアインシュタイン方程式の正確な解を生成する。
• 現在、わずかに減速的であるにもかかわらず、モデルにおける等光度距離関係は、真空エネルギー密度が1−Ω₀である標準のΛCDMモデルと類似した振る舞いを示す。
• Ω₀ = 0.23 ± 0.05 および H₀ = 71 +4/−3 km/sec/Mpc の場合、モデルは宇宙年齢を12.5 +0.7/−0.9億年と予測する。
• 等光度距離や膨張年齢を含む、すべての宇宙論的パラメータが、Ω₀とH₀という2つの測定済みパラメータからのみ直接導出される。
• モデルは、系統的効果が減速的宇宙においても加速的膨張の錯覚を生み出す可能性を示している。
• この解は、ダークエネルギーのような未観測の成分を導入せずに、現在のIa型超新星からの観測制約と完全に整合している。